JP3077535B2 - チップ型圧電共振部品 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばプリント回路基
板などに面実装するのに適したチップ型の圧電共振部品
に関し、特に、すべりモードを利用した圧電共振子を用
いたチップ型圧電共振部品に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１は、従来のすべりモードを利用した
エネルギー閉じ込め型の圧電共振子を示す斜視図であ
る。圧電共振子１９１は、矩形板状の圧電セラミック板
１９２を有する。圧電セラミック板１９２は、一方端面
１９２ａから他方端面１９２ｂ側に向かって分極処理さ
れている（分極方向を矢印Ｐで示す。）。圧電セラミッ
ク板１９２の上面１９２ｃ上には共振電極１９３が、下
面１９２ｄ上には共振電極１９４が形成されている。

【０００３】共振電極１９３は、端面１９２ｂ側から中
央に向かって延ばされている。共振電極１９４は、端面
１９２ａから中央に向かって延ばされている。共振電極
１９３，１９４は、圧電セラミック板１９２の中央領域
において、圧電セラミック板１９２を介して表裏対向す
るように重なり合わされている。

【０００４】圧電共振子１９１では、共振電極１９３，
１９４から交流電圧を印加することにより、共振電極１
９３，１９４が重なり合っている領域、すなわち共振部
がすべりモードで励振される。この場合、振動のエネル
ギーは、共振電極１９３，１９４が重なり合っている共
振部に閉じ込められ、端面１９２ａ，１９２ｂ側にはあ
まり漏洩しない。

【０００５】すなわち、圧電共振子１９１は、すべりモ
ードを利用したエネルギー閉じ込め型の圧電共振子であ
る。従って、端面１９２ａ，１９２ｂ近傍において機械
的に保持することにより、ケース材や回路基板等に固定
することができる。

【０００６】エネルギー閉じ込め型の圧電共振子１９１
では、振動のエネルギーは共振部に良好に閉じ込められ
ることが必要である。さもないと、端面１９２ａ，１９
２ｂ側の部分において機械的に保持した場合に振動が阻
害され、所望の共振特性を得ることができない。

【０００７】圧電共振子１９１において、振動エネルギ
ーを良好に閉じ込めるには、素子の長さＬを長くする必
要がある。また、圧電共振子１９１の共振周波数は、共
振部の厚みすなわち素子の厚みｔに依存する。例えば、
共振周波数が４ＭＨｚの圧電共振子１９１を得ようとし
た場合、厚みｔは０．３ｍｍ程度となり、２ＭＨｚの圧
電共振子１９１を得ようとした場合には厚みｔは０．６
ｍｍとなる。

【０００８】ところが、振動エネルギーを共振部に確実
に閉じ込めるには、厚みｔが大きくなるにつれ、素子の
長さＬを長くしなければならない。例えば、４ＭＨｚの
ときには、厚みｔは０．３ｍｍであるが、この場合共振
エネルギーを共振部に確実に閉じ込めるには、長さＬを
５ｍｍ程度としなければならず、また２ＭＨｚの場合に
は厚みｔは０．６ｍｍとなるが、この場合には長さＬを
１０ｍｍ程度まで長くしなければならなかった。

【０００９】その結果、すべりモードを利用したエネル
ギー閉じ込め型の圧電共振子１では、素子の長さ寸法Ｌ
が大きくならざるを得なかった。従って、従来のすべり
モードを利用したエネルギー閉じ込め型の圧電共振子１
９１を用いてチップ型圧電共振部品を構成した場合、部
品全体の寸法も大きくならざるを得なかった。

【００１０】本発明の目的は、すべりモードを利用した
エネルギー閉じ込め型の圧電共振子を用いたチップ型圧
電共振部品であって、振動エネルギーの閉じ込め効率を
効果的に高めることができ、かつ全体の寸法を小型とす
ることができ、容易に製造可能なチップ型圧電共振部品
を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の広い局面によれ
ば、ベース基板と、ベース基板上に直接または間接に固
定された圧電共振子と、前記ベース基板上に固定された
圧電共振子を囲撓するようにベース基板に固定されたキ
ャップ材とを備え、前記圧電共振子が、長辺と短辺とを
有する一対の対向し合っている矩形の面を有し、かつあ
る方向に分極処理された圧電体と、前記圧電体の外表面
において所定距離を隔てて配置されており、かつ前記分
極方向に直交する方向に電圧を印加するための第１，第
２の共振電極とを備え、前記圧電体の前記矩形面の長辺
の長さをｂ、短辺の長さをａ、圧電体を構成している材
料のポアソン比をσとしたときに、比ｂ／ａが、

【００１２】

【数２】

【００１３】（但し、ｎは整数）を満たす値を中心とし
て±１０％以内の範囲とされている、すべりモードを利
用した圧電共振子であることを特徴とする、チップ型圧
電共振部品が提供される。

【００１４】すなわち、本発明は、上記特定の圧電共振
子を用いたことを特徴とし、ベース基板に対して直接ま
たは間接に該圧電共振子を固定し、ベース基板上に圧電
共振子を囲撓するようにキャップ材を固定したことを特
徴とする。

【００１５】本発明で用いられる上記圧電共振子の特徴
は、上記圧電体の矩形面の長辺の長さをｂ、短辺の長さ
をａ、圧電体を構成している材料のポアソン比をσとし
たときに、比ｂ／ａが、式（１）を満たす値を中心とし
て±１０％の範囲内とされていることにある。

【００１６】上記圧電共振子では、第１，第２の共振電
極から交流電圧が印加されることにより、分極方向に直
交する方向に該交流電圧が印加される。従って、圧電共
振子がすべりモードで励振される。しかも、上記比ｂ／
ａが、上述した式（１）を満たす値を中心として±１０
％の範囲内とされているため、すべりモードの振動が圧
電共振子に効果的に閉じ込められる。このような比ｂ／
ａを上記特定の範囲内とすることにより、すべりモード
の振動が効果的に閉じ込められることは、本願発明者
（単数）により実験的に確かめられたものであり、後述
の実施例において詳述する。

【００１７】上記圧電共振子では、すべりモードの振動
が上記圧電共振子の圧電体に効果的に閉じ込められる。
従って、この圧電共振子を用いて部品を作製する際に、
支持構造側において振動を減衰させる必要がないため、
支持構造を簡略化することができる。

【００１８】本発明の特定的な局面によれば、上記圧電
体に支持部が連結される。この場合、圧電体にすべりモ
ードの振動が効果的に閉じ込められるため、支持部の大
きさを小さくすることができ、かつ支持部の構造を簡略
化することができる。また、好ましくは、上記支持部
は、圧電体の両側に連結され、それによって圧電体をよ
り安定に支持することができる。また、より好ましく
は、圧電体の両側に連結された支持部に対し、保持部が
連結される。この保持部として、ある程度の面積を有す
る部材を用いることにより、保持部を利用して他の部材
に容易にかつ安定に固定することができる。

【００１９】また、本発明のより特定的な局面では、上
記圧電体、支持部（複数）及び保持部（複数）が板状の
部材により構成され、従って全体として板状の形状を有
するエネルギー閉じ込め型の圧電共振子が用いられる。
この場合、圧電体、支持部（複数）及び保持部（複数）
を、一枚の圧電基板を機械加工することにより構成する
ことができ、従って、板状のエネルギー閉じ込め型のす
べりモードを利用した圧電共振子を容易に得ることがで
きる。

【００２０】また、上記一枚の圧電基板を機械加工する
ことにより、圧電体、支持部（複数）及び保持部（複
数）を構成する構造においては、好ましくは、圧電基板
に第１，第２の溝を形成し、第１，第２の溝間の圧電基
板部分により上記圧電体を構成してもよい。この場合に
は、第１，第２の溝を加工することにより、圧電体の寸
法を規定することができる。

【００２１】本発明において、ベース基板は、セラミッ
ク板あるいは合成樹脂板などのチップ型部品を構成する
のに適当な強度を有する材料により構成することができ
る。また、好ましくは、ベース基板に１以上の端子電極
が形成される。すなわち、端子電極を形成することによ
り、プリント回路基板等に面実装可能なチップ型圧電共
振部品として構成することができる。

【００２２】本発明のチップ型圧電共振部品では、ベー
ス基板に固定される圧電共振子の圧電共振部が、ベース
基板に対して所定の厚みのギャップを隔てて固定される
ことが好ましい。そのために、好ましくは、上記ギャッ
プを形成するためのギャップ形成手段がさらに備えられ
る。

【００２３】上記ギャップ形成手段は、例えば、圧電共
振子とベース基板とを固定するための接着剤により構成
することができる。すなわち、接着剤の厚みを上記ギャ
ップを形成し得るように制御することにより、接着剤に
よりギャップを形成することができる。また、ベース基
板上に端子電極が形成された構造において、導電性接着
剤を用いて圧電共振子をベース基板に固定するととも
に、圧電共振子とベース基板上の端子電極を電気的に接
続してもよい。

【００２４】さらに、ベース基板上に形成された端子電
極と圧電共振子とを電気的に接続するために金属端子が
備えられていてもよく、この場合、金属端子により、上
記ギャップ形成手段を構成してもよい。すなわち、金属
端子の長さを圧電共振子の圧電共振部がベース基板上に
対して所定の厚みのギャップを形成し得るように選択す
ることにより、金属端子にギャップ形成手段の機能を兼
ねさせてもよい。

【００２５】また、本発明では、ベース基板上に固定さ
れる圧電共振子に加えて、さらに１以上の圧電共振子が
積層されていてもよい。この場合、複数の圧電共振子に
よりフィルタ回路を構成することができ、従ってチップ
型の圧電フィルタを提供することができる。

【００２６】なお、本発明において、圧電共振子は、半
田や導電性接着剤を用いて、あるいは抵抗溶接などの溶
接法により、ベース基板上に直接に固定されてもよく、
あるいは間接的に固定されていてもよい。間接的にと
は、ベース基板と圧電共振子との間に他の部材、例えば
他の圧電共振子や誘電体基板などを介して固定されるこ
とを意味する。このように、本発明では、すべりモード
を利用した圧電共振子はベース基板上に直接固定されて
もよく、他の部材を介して間接的に固定されていてもよ
い。

【００２７】

【発明の作用及び効果】本発明のチップ型圧電共振部品
では、比ｂ／ａが上記特定の範囲内とされているすべり
モードを利用したエネルギー閉じ込め型圧電共振子が用
いられている。この圧電共振子では、圧電体に振動エネ
ルギーが効果的に閉じ込められ、かつ圧電体の短辺側の
側面で機械的に支持した場合においても、振動エネルギ
ーが圧電体内に確実に閉じ込められる。

【００２８】従って、圧電体に支持部を連結し、該支持
部を利用してベース基板に固定したり、あるいは圧電体
のみからなる圧電共振子の場合には振動のノード部を利
用してベース基板に固定したりすることができ、いずれ
の場合であっても圧電体の振動を妨げることなくベース
基板に対して圧電共振子を固定し得る。よって、ベース
基板に対し、圧電共振子を囲撓するようにキャップ材を
固定することにより、エネルギー閉じ込め型のチップ型
圧電共振部品を構成することができる。

【００２９】従って、従来のチップ型圧電共振部品に比
べて、より小型であり、かつ広帯域の特性を実現するこ
とができ、特に、ｋＨｚ帯において有効に利用すること
が可能であるチップ型圧電共振部品を提供することが可
能となる。

【００３０】また、圧電体に対して支持部を連結した構
造の圧電共振子を用いた場合には、該支持部を利用して
ベース基板に固定することができるため、支持部の大き
さを固定に必要な大きさに選択することができる。よっ
て、圧電体の振動を妨げることなく、機械的強度に優れ
たエネルギー閉じ込め型のチップ型圧電共振部品を提供
することができる。

【００３１】さらに、好ましくは、上記ギャップ形成手
段を設けることにより、圧電体の振動が妨げられなくな
るため、より特性の安定なチップ型圧電共振部品を提供
することができる。

【００３２】

【実施例の説明】以下、図面を参照しつつ本発明の非限
定的な実施例を説明することにより、本発明を明らかに
する。

【００３３】図２（ａ）及び図２（ｂ）は、本発明で用
いられるエネルギー閉じ込め型の圧電共振子を示す側面
図及び斜視図である。圧電共振子１１は、矩形板状の圧
電セラミック板１２を用いて構成されている。圧電セラ
ミック板１２は、その主面と平行な方向すなわち図示の
矢印Ｐ方向に分極軸が揃うように分極処理されている。

【００３４】圧電セラミック板１２の上面１２ａにおい
ては、一方端面１２ｃから他方端面１２ｄ側に向かっ
て、ただし他方端面１２ｄには至らないように第１の共
振電極１３が形成されている。同様に、圧電セラミック
板１２の下面１２ｂ上では、端面１２ｄ側から端面１２
ｃ側に向かって、ただし端面１２ｃには至らないように
第２の共振電極１４が形成されている。

【００３５】また、圧電セラミック板１２の上面１２ａ
には、幅方向に延びる第１の溝１５が、下面１２ｂ上に
も、幅方向に延びる第２の溝１６が形成されている。そ
して、第１の溝１５と第２の溝１６とで挟まれた圧電セ
ラミック板部分において、上下の第１，第２の共振電極
１３，１４が圧電セラミック板１２を介して重なり合っ
ており、それによって共振部すなわち本発明における圧
電体部分が構成されている。すなわち、第１，第２の共
振電極１３，１４の先端側に、それぞれ、第１，第２の
溝１５，１６が形成されて、第１，第２の溝間に共振部
が構成されている。

【００３６】圧電共振子１１では、共振部における圧電
セラミック板１２の厚み方向の長さ、すなわち圧電セラ
ミック板１２の両端面を結ぶ方向（第１の方向）に直交
しかつ第１，第２の溝の深さ方向（第２の方向）に沿う
共振部の長さをａ、該共振部の第１の方向の長さをｂ
（図２（ａ）参照）とし、圧電セラミック板１２を構成
している圧電材料のポアソン比をσとしたときに、比ｂ
／ａが、

【００３７】

【数３】

【００３８】（但し、ｎは整数）を中心として±１０％
の範囲内とされている。言い換えれば、本発明の圧電体
を構成している上記共振部では、その側面が長辺の長さ
ｂ及び短辺の長さａである矩形面を有する。そして、比
ｂ／ａが、上記特定の範囲内となるように、上記溝１
５，１６が形成されており、それによって共振部の寸法
が定められている。

【００３９】なお、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示した
圧電共振子１１では、圧電セラミック板１２の両面１２
ａ及び下面１２ｂにおいて、それぞれ、第１の溝１５と
端面１２ｄとの間及び第２の溝１６と端面１２ｃとの間
には電極が形成されていなかった。しかしながら、図３
（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、圧電セラミック板
１２の上面１２ａにおいて、第１の溝１５と端面１２ｄ
との間の領域に電極１３ａを形成し、下面１２ｂ上にお
いて、第２の溝１６と端面１２ｃとの間の領域に電極１
４ａを形成してもよい。この構造では、圧電セラミック
板１２の両主面に全面電極を形成した後、上記第１，第
２の溝１５，１６を形成することにより、第１，第２の
共振電極１３，１４及び電極１３ａ，１４ａを形成する
ことができ、より少ない工程で圧電共振子を構成するこ
とができる。

【００４０】比ｂ／ａが上記特定の範囲内となるように
溝１５，１６を形成することにより、本実施例では、す
べりモードによる共振部における振動エネルギーが該共
振部内に効果的に閉じ込められる。この理由を、図４〜
図１１を参照して説明する。

【００４１】いま、図４（ａ）に側面図で示すように、
矢印Ｐ方向すなわち上面及び下面と平行な方向に分極処
理されており、かつ比ｂ／ａ＝１である圧電体２１の両
主面に共振電極２２，２３を形成した構造を想定する。
この場合、共振電極２２，２３から交流電圧を印加する
ことにより、圧電体２１は輪かくすべりモードで振動す
る。その結果、図示の破線Ａで示す振動姿態と、破線Ａ
で示す振動姿態と左右対称である振動姿態との間で振動
することになる。

【００４２】上記振動体２１の各部分の位置を、図４
（ｂ）にｘ−ｙ座標系で示す。この場合、振動に際して
コーナー部分Ａはｘ方向及びｙ方向の何れにおいても最
も大きな変位を示す。また、圧電体２１の中心である点
Ｏは振動のノード点となる。他方、圧電体２１の側面の
中間高さ位置の点Ｏ₁ ，Ｏ₂ においても、変位がみられ
る。

【００４３】従って、点Ｏ₁ ，Ｏ₂ においても変位がみ
られることになるため、上記圧電体２１の両側面の外側
に、さらに圧電板を連ねた形状の輪かくすべりモードの
共振子を構成した場合、振動エネルギーの閉じ込め効率
は十分でないことがわかる。

【００４４】これに対して、比ｂ／ａがある値のときに
は、変位分布は図５に示すとおりであることがわかっ
た。すなわち、図５に略図的側面図で示す圧電体３１
は、破線Ｂで示す振動姿態と、該振動姿態と左右対称で
ある振動姿態との間で振動することになる。この場合、
短辺側の変位ベクトルは図６に示すようにｘ方向の成分
のみを有する。また、圧電体３１の側面３１ａ，３１ｂ
では、上半分の部分と、下半分の部分とで変位方向が逆
転する。

【００４５】本発明者は、上記の事実を検討した結果、
図７に示すように、上記圧電体３１の側面３１ａにおい
て、１／２の高さ位置の点Ｏ₁ 近辺から下方に支持体３
２を連結し、側面３１ｂ側において、１／２の高さ位置
の点Ｏ₂ 近辺から上方に支持体３３を連結すれば上記ｘ
方向における変位の支持体３２，３３への漏洩を防止す
ることができるのではないかと考えた。

【００４６】そこで、上記比ｂ／ａを種々変更し、かつ
種々の圧電材料を用いて圧電体３１に支持体３２，３３
を連ねた構造の変位状態を調べた。その結果、使用する
圧電材料のポアソン比σと比ｂ／ａとの間に図８に示す
関係があることが確かめられた。図８の結果から、比ｂ
／ａを、

【００４７】

【数４】

【００４８】に設定するように圧電体３１の厚みａ及び
振動部分の長さｂを選択することにより、支持体３２，
３３側への変位の伝達を減少させることができ、言い換
えれば、振動体３１の部分に振動エネルギーを効果的に
閉じ込められることがわかった。

【００４９】なお、図７に示したモデルでは、圧電体３
１の側面３１ａにおいて、１／２の高さ位置の点Ｏ₁ 近
辺から下方に支持体３２を、側面３１ｂ側において、１
／２の高さ位置の点Ｏ₂ 近辺よりも上方に支持体３３を
連結したが、この場合の１／２の高さ位置は、特に限定
されるものではない。言い換えれば、前述した実施例に
おける圧電セラミック板１１に形成されている溝１５，
１６の深さは、必ずしも圧電セラミック板１２の厚みの
１／２以上であることは必要ではない。

【００５０】また、比ａ／ｂが、式（２）を満たす場合
だけでなく、そのｎ倍（ｎは整数）の場合にも、同様に
振動エネルギーを閉じ込められ得ることがわかった。上
記のようにして、式（１）を満たすように圧電体の共振
部分の寸法を選択することにより圧電体３１から支持体
３２，３３への振動の伝達を効果的に防止し得ることが
確かめられた。この結果に基づき、有限要素法によりポ
アソン比σ＝０．３１の圧電材料を用い、ｂ／ａ＝１．
５７とした場合の圧電振動体３１の変位分布を調べたと
ころ、図９に示す結果が得られた。

【００５１】また、このような圧電振動体３１に、支持
部３２Ａ，３３Ｂを介して圧電振動体３１と等しい幅の
厚みを有する支持部３４，３５を一体的に構成した共振
子の変位分布を同じく有限要素法で調べたところ、図１
０に示す結果が得られた。

【００５２】図１０から明らかなように、この共振子３
６では、圧電振動体３１部分におけるすべりモードの振
動エネルギーが支持部３２Ａ，３３Ｂ側にはほとんど漏
洩していないことがわかる。すなわち、上記比ｂ／ａを
式（１）を満たすように選択することにより、エネルギ
ー閉じ込め効率の高いすべりモードを利用した共振子を
構成し得ることがわかる。

【００５３】次に、あるポアソン比σにおいて、上記式
（１）のｎを０．８５〜１．１まで変化させ、図１０に
示す変位量の最も大きな点Ｐの変位量に対する変位量の
最も小さな点Ｑにおける変位量の比、すなわち相対変位
（％）を測定した。結果を図１１に示す。

【００５４】図１１から明らかなように、ｎの値が０．
９〜１．１の範囲であれば、相対変位は１０％以下であ
ることがわかる。他方、相対変位が１０％以下の場合に
は、共振子を構成する場合に実質的に問題のないことが
わかっている。従って、式（１）を満たす値から±１０
％の範囲内であれば、共振部に振動エネルギーを効果的
に閉じ込めることができる。

【００５５】上記のように、すべり振動モードを利用し
た圧電共振子においては、共振部における第１，第２の
共振電極間の距離と分極方向に沿う共振部の長さｂとの
関係を式（１）で示す値から±１０％の範囲内とするこ
とにより、エネルギー閉じ込め効率を効果的に高め得る
ことがわかった。

【００５６】そこで、図２及び図３に示した圧電共振子
１１では、共振部の圧電セラミック板の厚みａと共振部
の分極方向Ｐに沿う長さ寸法ｂが上記式（１）で示す値
から±１０％の範囲内とするように、上記第１，第２の
溝１５，１６が形成されており、それによってエネルギ
ー閉じ込め効率が高められている。図１２は、本発明に
用いられる圧電共振子の第２の例を示す側面図であり、
第１の実施例について示した図２に相当する図である。

【００５７】第２の例の圧電共振子４１では、矢印Ｐ方
向に分極処理された圧電セラミック板４２の上面４２ａ
において、第１の溝４５の外側に、さらに第３の溝４７
が形成されており、他方圧電セラミック板４２の下面４
２ｂ側においても、第２の溝４６の外側に第４の溝４８
が形成されており、それによって動吸振部４９，５０が
構成されている。この動吸振部４９，５０は、公知の動
吸振現象により、漏洩してきた振動によって共振し、漏
洩してきた振動を打ち消すように作用する。従って、動
吸振部４９，５０の寸法は、このような動吸振現象によ
る振動の相殺を果たすような大きさに選ばれている。

【００５８】圧電共振子４１では、上記第３，第４の溝
４７，４８が形成されて動吸振部４９，５０が構成され
ていることを除いては、第１の実施例と同様であるた
め、その他の部分については相当の参照番号を付するこ
とにより、その説明は省略する。

【００５９】圧電共振子４１では、共振部における寸法
比ｂ／ａが式（１）で示す値から±１０％の範囲内とさ
れているため、共振部に振動エネルギーが効果的に閉じ
込められる。しかも、わずかに漏洩した振動は、上記動
吸振部４９，５０によって動吸振現象により相殺され
る。従って、第３，第４の溝４７，４８よりも外側の保
持部５１，５２において圧電共振子４１を機械的に保持
した場合、共振特性の劣化がほとんど生じない。よっ
て、第１の例に比べて、より一層エネルギー閉じ込め効
率を高めることかでき、より小型の圧電共振子を提供す
ることができる。

【００６０】上述してきた第１，第２の例では、厚みす
べりモードを利用した圧電共振子につき説明したが、本
発明の圧電共振子は、すべり振動モードであれば幅すべ
りモードなどの他のすべりモードの圧電共振子にも適用
することができる。

【００６１】図１３（ａ）に示す圧電共振子６１は、幅
すべりモードを利用した圧電共振子である。図１３を参
照して、圧電共振子６１は、矩形板状の圧電セラミック
板６２を用いて構成されている。圧電セラミック板６２
は、矢印Ｐ方向に分極処理されている。すなわち、圧電
セラミック板６２の上面６２ａと平行な方向に分極処理
されている。

【００６２】圧電セラミック板６２の両端縁に沿うよう
に、一対の共振電極６３，６４が形成されている。共振
電極６３，６４の延びる方向は、分極方向Ｐと平行であ
り、共振電極６３，６４は、圧電セラミック板６２の上
面６２ａ上において、中央領域において所定距離を隔て
て対向されている。

【００６３】また、共振電極６３の先端側には、第１の
溝６５が、第２の共振電極６４の先端側には第２の溝６
６が形成されており、それによって第１，第２の溝６
５，６６で挟まれた共振部が構成されている。この共振
部、すなわち本発明の圧電体を構成している部分は上面
及び下面が矩形の形状を有する。共振部の上面の短辺方
向（第２の方向）の長さをａ、共振部の長辺すなわち分
極方向Ｐに沿った方向（第１の方向）の長さをｂとした
ときに、比ｂ／ａを式（１）に示す値から±１０％以内
の範囲とすることにより、第１の実施例と同様に、共振
部に振動エネルギーを効果的に閉じ込めることができ
る。

【００６４】さらに、図１３（ｂ）に示すように、分極
軸方向Ｐは、圧電セラミック板６２の長手方向と直交す
る方向（第２の方向）であってもよい。この場合におい
て共振電極６３，６４が、圧電セラミック板６２の短辺
と平行に延ばされており、それによって共振部に電界が
加わる方向が圧電セラミック板６２の長手方向とされて
いる。図１３（ｂ）に示す構成においても、第１，第２
の溝６５，６６間の共振部の上面の形状が、上述した式
（１）に示す値から±１０％以内の範囲となるように、
比ｂ／ａが選択されている。従って、すべりモードの振
動エネルギーを共振部に効果的に閉じ込めることができ
る。

【００６５】第１の実施例 図１４は、本発明の第１の実施例に係るチップ型圧電共
振部品の分解斜視図である。

【００６６】本実施例では、ベース基板１０１上に、す
べりモードを利用したエネルギー閉じ込め型圧電共振子
１０２が導電性接着剤１０３，１０４を用いて固定され
ている。

【００６７】ベース基板１０１は、アルミナなどの絶縁
性セラミックス、あるいは合成樹脂などの適宜の絶縁材
料により構成されている。ベース基板１０１は、矩形板
状の形状を有し、一方の側面に切欠１０１ａ，１０１ｂ
が、他方の側面に１０１ｃ，１０１ｄが形成されてい
る。

【００６８】ベース基板１０１上には、端子電極１０
５，１０６が形成されている。端子電極１０５は、切欠
１０１ａ，１０１ｃの内周面に至るように形成されてい
る。同様に、端子電極１０６も、切欠１０１ｂ，１０１
ｄに至るように形成されている。

【００６９】上記端子電極１０５，１０６は、蒸着、メ
ッキもしくはスパッタリングにより、あるいは導電ペー
ストを塗布し、硬化させることにより形成され得る。圧
電共振子１０２は、矢印Ｐ方向に、すなわち主面と平行
な方向に分極処理された圧電セラミック板を用いて構成
されている。矩形板状の圧電セラミック板に第１，第２
の溝１０７ａ，１０７ｂを形成することにより、第１，
第２の溝１０７ａ，１０７ｂ間に平面形状が矩形の圧電
共振部１０８が構成されている。この圧電共振部１０８
の長辺の長さｂと、短辺の長さａとの比ｂ／ａは、前述
した式（１）を満たす値を中心として±１０％以内の値
とされている。

【００７０】圧電共振部１０８の側方には、支持部１０
９，１１０が連ねられている。支持部１０９，１１０
は、第１，第２の溝１０７ａ，１０７ｂの側方の圧電基
板部分である。また、支持部１０９，１１０の外側に
は、保持部１１１，１１２が連ねられている。

【００７１】他方、圧電共振部１０８においては、向か
い合う一対の側面に、第１，第２の共振電極１１３，１
１４が形成されている。第１の共振電極１１３は、保持
部１１１の端面に形成された接続電極１１５に連ねられ
ている。同様に、共振電極１１４は、保持部１１２の端
面に形成された接続電極１１６に連ねられている。な
お、接続電極１１５，１１６は、図１４では必ずしも明
確ではないが、保持部１１１，１１２の下面にも至るよ
うに形成されている。

【００７２】上記接続電極１１５，１１６の保持部１１
１，１１２の下面に至る部分が、導電性接着剤１０３，
１０４により端子電極１０５，１０６に接合されてい
る。従って、端子電極１０５，１０６から交流電圧を印
加することにより、上記圧電共振部１０８が上述したす
べりモードで励振され、その振動エネルギーは圧電共振
部１０８に閉じ込められる。

【００７３】他方、導電性接着剤１０３，１０４は、図
示のように所定の厚みを有するように付与される。従っ
て、圧電共振部１０８の下面と、ベース基板１０１との
下面の間に導電接着剤１０３，１０４の厚みに応じたギ
ャップＸが形成される。従って、上記圧電共振部１０８
の振動は、ベース基板１０１に圧電共振子１０２を固定
したことにより妨げられない。

【００７４】なお、導電性接着剤１０３，１０４として
は、従来より公知の適宜の導電性接着剤を用いることが
できるが、導電性接着剤１０３，１０４に代えて、半田
や銀ろうなどの他の導電性接合材を用いて端子電極１０
５，１０６に接続電極１１５，１１６を接合してもよ
い。

【００７５】本実施例では、上記ベース基板１０１上に
固定された圧電共振子１０２を囲撓するように、キャッ
プ材１１７がベース基板１０１に対して固定される。キ
ャップ材１１７は、金属もしくは合成樹脂等の適宜の材
料により構成されるが、下方に開いた形状を有する。ま
た、キャップ材１１７は、絶縁性接着剤を用いてベース
基板１０１に対して固定される。

【００７６】上記キャップ材１１７をベース基板１０１
に対して固定することにより得られた、本実施例のチッ
プ型圧電共振部品を図１５に示す。本実施例のチップ型
圧電共振部品１１８では、上記ベース基板１０１に対し
てキャップ材１１７を固定することにより、内部に圧電
共振子１０２が封止されることになる。また、ベース基
板１０１に上記端子電極１０５，１０６が形成されてい
るため、プリント回路基板上の接続ランドや配線パター
ンに容易に面実装することができる。よって、他のチッ
プ型電子部品と同様に、面実装可能な電子部品として、
上記エネルギー閉じ込め型の圧電共振子を提供すること
ができる。

【００７７】さらに、チップ型圧電共振部品１１８で
は、上記ベース基板１０１、圧電共振子１０２及びキャ
ップ材１１３の比較的少ない点数の部品で、上記のよう
なエネルギー閉じ込め効率に優れたチップ型圧電共振部
品を容易に提供することができる。

【００７８】なお、切欠１０１ａ，１０１ｂ，１０１
ｃ，１０１ｄは、上記のように端子電極１０５，１０６
を利用してプリント回路基板等に接合する際に接合面積
を増大させるために設けられている。切欠１０１ａ〜１
０１ｄは、必ずしも設けられずともよい。

【００７９】第２の実施例 図１６は、本発明の第２の実施例に係るチップ型圧電共
振部品を説明するための分解斜視図である。

【００８０】本実施例のチップ型圧電共振部品では、矩
形板状のベース基板１０１上に矩形板状の圧電共振子１
２２が接着剤１２３ａ〜１２３ｄを用いて固定されてい
る。ベース基板１０１は、第１の実施例で用いたベース
基板１０１（図１４参照）と同様に構成されている。従
って、同様の部分については、同一の参照番号を付する
ことにより、その詳細な説明は省略する。

【００８１】本実施例の特徴は、圧電共振子１２２が、
前述した支持部及び保持部を有せず、矩形板状の圧電共
振部のみで構成されていることにある。すなわち、圧電
共振子１２２は、長辺の長さｂの短辺の長さａに対する
比ｂ／ａが、式（１）を満たす値を中心として±１０％
の範囲内とされている圧電セラミック板を用いて構成さ
れている。この圧電セラミック板は、図示の矢印Ｐ方向
に分極処理されており、かつその向かい合う一対の側面
に、第１，第２の共振電極１１３，１１４が形成されて
いる。よって、共振電極１１３，１１４から交流電圧を
印加することにより、圧電共振子１２２は、上記と同様
にすべりモードで励振され、その振動エネルギーが圧電
共振子１２２内に閉じ込められる。

【００８２】また、本実施例では、上記圧電共振子１２
２のすべりモードによる振動を妨げないために、圧電共
振子１２２の下面において対角線方向に向かい合うコー
ナー部分において、圧電共振子１２２が接着剤１２３
ｂ，１２３ｃを用いてベース基板１０１に固定されてい
る。

【００８３】接着剤１２３ｂ，１２３ｃは導電性接着剤
により構成されている。従って、共振電極１１３が端子
電極１０５に、共振電極１１４が端子電極１０６に電気
的に接続されている。

【００８４】なお、接着剤１２３ｂ，１２３ｃは、図示
のように所定の厚みを有するように塗布され、従ってベ
ース基板１０１の上面と、圧電共振子１２２の下面との
間に接着剤１２３ｂ，１２３ｃの厚みに応じたギャップ
Ｘが形成されている。

【００８５】ベース基板１０１には、キャップ材１１７
が固定される。キャップ材１１７は、第１の実施例で用
いたキャップ材１１７（図１４）と同様に構成されてお
り、絶縁性接着剤によりベース基板１０１に固定され
る。

【００８６】上記のようにして図１７に示す第２の実施
例に係るチップ型圧電共振部品１２８が得られる。チッ
プ型圧電共振部品１２８においても、ベース基板１０１
上に設けられた端子電極１０５，１０６を利用して、プ
リント回路基板等に容易に面実装することができる。ま
た、第１の実施例と同様に、ベース基板１０１、圧電共
振子１２２及びキャップ材１１７を上記のように組み立
てるだけで、容易にチップ型圧電共振部品を提供し得
る。

【００８７】しかも、第２の実施例では、圧電共振子１
２２が支持部及び保持部を有せず、単に所定の寸法比の
矩形板状の圧電共振子１２２を用いて構成されるため、
第１の実施例に比べて、より一層容易にエネルギー閉じ
込め型のチップ型圧電共振部品を提供することができ
る。

【００８８】第３の実施例 図１８は、本発明の第３の実施例に係るチップ型圧電共
振部品を説明するための斜視図である。第３の実施例の
チップ型圧電共振部品は、第２の実施例のチップ型圧電
共振部品の変形例に相当する。従って、第２の実施例の
チップ型圧電共振部品１２８と異なる点のみを説明し、
同じ部分については、同一の参照番号を付することによ
り、第２の実施例について行った説明を援用することと
する。

【００８９】本実施例においても、矩形板状の圧電共振
子１２２が用いられる。もっとも、第１の共振電極１１
３は、圧電共振子１２２の端面に形成された接続電極１
２２ａに連ねられている。同様に、共振電極１１４も、
圧電共振子１２２の他方端面に形成された接続電極１２
２ｂに連ねられている。

【００９０】また、本実施例では、接着剤１２３ｂ，１
２３ｃに代えて、金属端子１２４，１２５が用いられて
いる。金属端子１２４，１２５はＴ字状の形状を有す
る。金属端子１２４の上端が、接続電極１２２ａに半田
もしくは導電性接着剤で接合されており、金属端子１２
４の下端が端子電極１０５に導電接着剤または半田によ
り接合されている。同様に、金属端子１２５の上端が接
続電極１２２ｂに、金属端子１２５の下端が端子電極１
０６に、導電性接着剤もしくは半田等により接合されて
いる。

【００９１】なお、金属端子１２４，１２５で圧電共振
子１２２がベース基板１０１上に固定された状態におい
て、ベース基板１０１の上面と圧電共振子１２２の下面
との間には所定の厚みのギャップＸが形成されている。
従って、圧電共振子１２２のすべりモードによる振動
は、上記金属端子１２４，１２５による固定により妨げ
られない。すなわち、本実施例では、金属端子１２４，
１２５が、ギャップ形成手段を構成している。その他の
点については、第２の実施例と同様である。

【００９２】第３の実施例においても、チップ型圧電共
振部品が、ベース基板１０１、板状の圧電共振子１２２
及びキャップ材１１７の比較的少ない部品により容易に
構成することができる。

【００９３】しかも、圧電共振子１２２は、第２の実施
例と同様に、支持部及び保持部を有しないため、単に矩
形板状の圧電セラミック板を用意し、上記電極を形成す
るだけで容易に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の厚みすべり振動モードを利用した圧電共
振子を示す斜視図。

【図２】（ａ）及び（ｂ）は、本発明において用いられ
るエネルギー閉じ込め型圧電共振子の側面図及び斜視
図。

【図３】（ａ）及び（ｂ）は、図２に示した圧電共振子
の変形例を説明するための側面図及び斜視図。

【図４】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ、比ｂ／ａ＝１
の場合のすべりモードを説明するための略図的側面図及
び振動体の位置を示す模式図。

【図５】比ｂ／ａ＝０．３σ＋１．４８の場合の圧電振
動体の変位分布を示す模式的側面図。

【図６】図５に示した振動が生じた場合の側面の変位ベ
クトル分布を示す模式的側面図。

【図７】図６に示した圧電振動体に支持体を連結した場
合のｘ方向の変位分布を示す模式的側面図。

【図８】比ｂ／ａとポアソン比σとの関係を示す図。

【図９】ポアソン比σ＝０．３１、比ｂ／ａ＝１．５７
の場合の圧電振動体の有限要素法により解析された変位
分布を示す図。

【図１０】図９に示した圧電振動体の外側の第１，第２
の溝を介して保持部を設けた圧電共振子の変位分布を示
す図。

【図１１】比ｂ／ａ×ｎのｎと、相対変位量との関係を
示す図。

【図１２】本発明で用いられる圧電共振子の他の例を示
す側面図。

【図１３】（ａ）及び（ｂ）は、本発明で用いられるエ
ネルギー閉じ込め型圧電共振子のさらに他の例を説明す
るための各斜視図。

【図１４】本発明の第１の実施例に係るチップ型圧電共
振部品の分解斜視図。

【図１５】第１の実施例のチップ型圧電共振部品を示す
斜視図。

【図１６】第２の実施例に係るチップ型圧電共振部品の
分解斜視図。

【図１７】第２の実施例のチップ型圧電共振部品の斜視
図。

【図１８】第３の実施例に係るチップ型圧電共振部品を
説明するための分解斜視図。

【符号の説明】

１０１…ベース基板 １０２…エネルギー閉じ込め型圧電共振子 １０３，１０４…導電性接着剤 １０５，１０６…端子電極 １０７ａ，１０７ｂ…第１，第２の溝 １０８…圧電共振部 １０９，１１０…支持部 １１１，１１２…保持部 １１３，１１４…共振電極 １１５，１１６…接続電極 １１７…キャップ材 １１８…チップ型圧電共振部品 １２２…チップ型圧電共振子 １２３ｂ，１２３ｃ…導電性接着剤 １２４，１２５…金属端子 １２８…チップ型圧電共振部品 Ｘ…ギャップ

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ベース基板と、 ベース基板上に直接または間接に固定された圧電共振子
   と、前記ベース基板上に固定された圧電共振子を囲撓す
   るようにベース基板に固定されたキャップ材とを備え、 前記圧電共振子が、 長辺と短辺とを有する一対の対向し合っている矩形の面
   を有し、かつある方向に分極処理された圧電体と、 前記圧電体の外表面において所定距離を隔てて配置され
   ており、かつ前記分極方向に直交する方向に電圧を印加
   するための第１，第２の共振電極とを備え、 前記圧電体の前記矩形面の長辺の長さをｂ、短辺の長さ
   をａ、圧電体を構成している材料のポアソン比をσとし
   たときに、比ｂ／ａが、 【数１】 （但し、ｎは整数）を満たす値を中心として±１０％以
   内の範囲とされている、すべりモードを利用した圧電共
   振子であることを特徴とする、チップ型圧電共振部品。
2. 【請求項２】 前記圧電共振子が、前記圧電体に連結さ
   れた支持部をさらに備え、前記支持部において圧電共振
   子がベース基板に固定されている、請求項１に記載のチ
   ップ型圧電共振部品。
3. 【請求項３】 前記圧電共振子を前記ベース基板に対し
   て所定の厚みのギャップを隔ててベース基板に固定する
   ためのギャップ形成手段をさらに備える、請求項１また
   は２に記載のチップ型圧電共振部品。
4. 【請求項４】 前記ギャップ形成手段が、前記圧電共振
   子とベース基板とを固定するための接着剤である、請求
   項３に記載のチップ型圧電共振部品。
5. 【請求項５】 前記ベース基板に形成された外部との接
   続のための端子電極をさらに備え、 前記ギャップ形成手段が金属端子であり、該金属端子に
   より、圧電共振子と前記端子電極とが電気的に接続され
   ている、請求項３に記載のチップ型圧電共振部品。
6. 【請求項６】 前記ベース基板上に形成された端子電極
   をさらに備え、 前記接着剤が導電性接着剤であり、前記端子電極と圧電
   共振子とが前記導電性接着剤で電気的に接続されてい
   る、請求項４に記載のチップ型圧電共振部品。